聚氯乙烯乙炔工段初步工艺设计.doc

7000t/a聚氯乙烯乙炔工段初步工艺设计摘 要聚氯乙烯（PVC）作为重要的有机化工产品，广泛应用于工业、农业、建筑等行业。乙炔是制备PVC单体氯乙烯(VCM)的原料之一，是极其重要的化工产品之一。本设计对年产7000吨聚氯乙烯乙炔工段进行了初步工艺设计。前言部分主要简要介绍了乙炔的性质以及电石生产乙炔的方法。通过对乙炔生产方法的比较，最终选定了以湿法乙炔作为此次设计的工艺生产方法。整个设计文件由设计说明书、设计计算书和设计图纸三部分组成。设计说明书部分重点介绍了湿法电石生产乙炔的原理以及设计工艺流程等。设计计算书部分主要是进行了较为详细的PVC生产乙炔工段物料衡算，并对主要设备中和塔进行了工艺计算和选型，最终完成了设备尺寸的确定，绘制了带控制点的乙炔生产工艺流程图和中和塔设备图。关键词：聚氯乙烯 乙炔 电石 生产工艺32目录摘要I第一章 设计项目1第二章 前言22. 1 产品名称及性质22.1.1 物理性质22.1.2 化学性质22.2 工艺方案的选择32.2.1 湿法乙炔发生32.2.2 干法乙炔发生32.2.3 湿法和干法乙炔发生的比较42.3 产品的发展前景5第三章 工艺设计说明书63.1 产品用途、原料规格要求63.1.1 产品的主要用途63.1.2 原料规格要求63.2 设计任务书及本设计主要工艺技术指标73.2.1 设计任务书73.2.2 湿法乙炔生产原理73.2.3 工艺流程叙述83.2.4 主要工艺技术指标93.3 主要公式、物性数据来源及计算公式133.4 环保及安全要求14第四章 设计计算书164.1 物料衡算164.1.1 物料平衡示意图164.1.2 电石加料量174.1.3 NaClO的消耗量174.1.4 碱消耗量的计算174.1.5 顺流程逐个设备展开计算194.2 主要设备中和塔计算224.2.1 中和塔塔径计算224.2.2 填料层的压降计算244.2.3 气相传质单元数计算244.2.4 气相总传质单元高度计算254.2.5 填料层高度计算264.2.6 持液量计算264.2.7 支承板选择264.2.8 液体分布器274.2.9 中和塔数据一览表28第五章 小结29参考文献30附录31致谢32第一章 设计项目本设计是以电石为原料，对年产能力为7000吨的聚氯乙烯（PVC）乙炔工段进行的初步设计。通过对乙炔生产方法的比较，确定了以湿法乙炔作为此次设计的工艺生产方法。选用纯度为99.5%的电石为原料，年产PVC 7000吨，年工作日为300天，每天24小时，连续操作。生产过程中，氯乙烯（VCM）的转化率为85%，收率为96%，纯度为99.5%；转换器中乙炔的转换率为98%，VCM的选择率为99.5%；乙炔气冷却、清净等工艺的回收率为95%。原料电石经发生器、冷却塔、气液分离器、清净塔、中和塔、冷凝塔等一系列设备制得较为纯净的乙炔气体。发生器出口温度为80，压力为6.865kPa；冷却塔塔出口温度为45，压力为6.865kPa；冷却塔塔出口温度为40，压力为6.865kPa；气液分离器出口温度为40，压力为60 kPa；冷凝塔出口温度为20，压力为0.06MPa。第二章 前言2. 1 产品名称及性质 乙炔分子式为C2H2 , 英文名称为Acetylene，分子量为26.04, 易燃气体。2.1.1 物理性质 纯乙炔为无色、无味、易燃的气体，微溶于水，易溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。而电石制的乙炔因混有硫化氢、磷化氢、砷化氢,而带有特殊的臭味。熔点（119kPa）-81.8，沸点-84，相对密度(水=1)0.62，蒸汽压（16.8）4053 kPa，燃烧热1298.4 kJ/mol。在15和1.5MPa时，乙炔在丙酮中的溶解度为237g/L，溶液是稳定的。因此，工业上是在装满石棉等多孔物质的钢瓶中，使多孔物质吸收丙酮后将乙炔压入，以便贮存和运输。2.1.2 化学性质2.1.2.1加成反应加氢反应 乙炔在催化剂存在下能与氢加成。其反应如下：CHCH + H2 CH2CH2 (2-1)加氯反应 CHCH + Cl2 CHClCHCl (2-2)CHClCHCl + Cl2 CHClCCl2 (2-3)CHClCCl2 + Cl2 CCl2CCl2 (2-4)加卤化氢反应CHCH+ HCl CH2 CHCl (2-5)2CHCH + HCl CHCClCH2 (2-6)加氢化氰反应CHCH + HCN CH2 CHCN (2-7)加醋酸反应CHCH + CH3COOH CH2CHCOOCH3 (2-8)2.1.2.2水合反应CHCH + H2O CH3CHO (2-9)2.1.2.3氨化反应3CHCH + NH3 甲基吡啶 (2-10)2.1.2.4炔化反应乙炔与丙酮进行炔化反应生成甲基丁炔醇，再经选择加氢和脱水可得异戊二烯。2.2 工艺方案的选择由电石发生乙炔，根据工艺过程的特点可分为湿法和干法。2.2.1 湿法乙炔发生湿法是将电石投入过量的水中，每公斤电石需1020公斤水。反应放出的热量大部分被水所吸收。其杂质为石灰乳。水澄清后返回发生器使用。渣浆用泵送至排渣场。其反应式为：CaC2 +2H2O C2H2 + Ca(OH)2 (2-11)2.2.2 干法乙炔发生干法是把少量的水洒在电石上，水量一般为理论量的1.21.3倍。反应热靠过量的水蒸发吸收掉，维持正常的操作温度（100110），其反应式为：CaC2 + H2O CaO + C2H2 (2-12)干法生产使用的电石粒度小（小于5mm），其渣为干的粉末，容易处理，但设备复杂，移动设备多，严密性高，操作技术要求高。2.2.3 湿法和干法乙炔发生的比较目前乙炔发生的方法主要有湿法和干法两种。两者在电石的收率、生产能力、生产成本、技术要求以及设备要求等方面存在诸多差异。两者之间的具体比较见表2-1。表2-1 湿法和干法乙炔发生的比较序号项目干法湿法1电石质量及粒度粉未状不能用低级品及粉未2发生器生产能力大小3操作法连续间歇式半连续4发生器温度1001108055发生器压力定压定压6乙炔纯度98.5%左右98.5%以上7H3P含量0.050.08%0.050.07%8H2S含量0.020.05%30 ml/m39经清净后的乙炔纯度良良10电石收率97%9496%11电石消耗略大小12使用水量少多13用N2量少多14工时少多15沉淀池不需需要大的16熟石灰不易较易17操作技术要求高一般18设备要求复杂简单虽然干法乙炔的电石收率高，生产能力大，可以节约生产成本，但技术要求高，设备复杂，操作技术要求高，在国内干法乙炔的工艺还不够成熟。故本设计采用湿法乙炔发生工艺。2.3 产品的发展前景聚氯乙烯（PVC）在国民生产中具有非常广泛的应用前景，利用挤出机可以挤成软管、电缆、电线等；利用注射成型机配合各种模具，可制成塑料凉鞋、鞋底、拖鞋、玩具、汽车配件等。PVC与添加剂混合、塑化后，利用三辊或四辊压延机制成规定厚度的透明或着色薄膜，用这种方法加工薄膜，成为压延薄膜。也可以通过剪裁，热合加工包装袋、雨衣、桌布、窗帘、充气玩具等。PVC中加入稳定剂、润滑剂和填料，经混炼后，用挤出机可挤出各种口径的硬管、异型管、波纹管，用作下水管、饮水管、电线套管或楼梯扶手。将压延好的薄片重叠热压，可制成各种厚度的硬质板材。板材可以切割成所需的形状，然后利用PVC焊条用热空气焊接成各种耐化学腐蚀的贮槽、风道及容器等。 作为生产聚氯乙烯的重要原料之一的乙炔在生产聚氯乙烯的过程中起着关键作用，乙炔的产量直接决定着聚氯乙烯产量的高低。第三章 工艺设计说明书3.1 产品用途、原料规格要求3.1.1 产品的主要用途乙炔广泛的应用于基本有机化工合成和三大合成材料。如丁醇、辛醇、乙醛、醋酸、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、1，4-丁二醇、丙烯酸等。合成树脂中的聚氯乙烯，合成纤维单体中的丙烯腈、聚乙烯醇，合成橡胶中的氯丁橡胶等。乙炔还可以用作许多精细化工产品的原料。同时，乙炔可用于金属的切割和焊接。3.1.2 原料规格要求3.1.2.1电石电石的学名叫碳化钙，分子式CaC2，分子量64.10。化学纯碳化钙几乎是无色透明的晶体。极纯的碳化钙结晶是天蓝色的大晶体，其颜色与淬火的钢相似，不溶于任何溶剂中。化学纯的碳化钙只能在实验室中用直接加热金属钙和纯炭的方法制得。通常所说的电石是指工业碳化钙而言，其中主要含有碳化钙外，还含有少量其它杂质。含85.3%碳化钙的电石组成如表3-1所示。表3-1 含85.3%碳化钙的电石组成序号组 分分子式组成（%）1碳化钙CaC285.32氧化钙CaO9.53二氧化硅SiO22.14氧化铁Fe2O31.455氧化铝Al2O30.16氧化镁MgO0.357碳C1.23.1.2.2液氯分子式 Cl2，黄绿色液体，沸点-34.6。熔点-100.98。在常压下就汽化成气体故需压力下包装在钢瓶中才能储存和运输。常用液氯氯含量为99.6%。3.2 设计任务书及本设计主要工艺技术指标3.2.1 设计任务书以电石为原料，采用湿法工艺对年产能力为7000吨的PVC乙炔工段进行初步设计。年工作日为300天，每天24小时，连续操作。3.2.2 湿法乙炔生产原理3.2.2.1乙炔发生电石遇水生成乙炔气和氢氧化钙，同时放出很大的热量。因工业电石不纯，其中杂质遇水后也能起反应，生成相应的杂气。其主副反应如下：主反应 CaC2 + 2H2O C2H2+ Ca(OH)2 (3-1)副反应CaO + H2O Ca(OH)2 (3-2)CaS + 2H2O Ca(OH)2 + H2S (3-3)Ca3P2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2PH3 (3-4)Ca3N2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2NH3 (3-5) Ca2Si + 6H2O 2Ca(OH)2 + SiH4 (3-6) CaAs2 + 6H2O 3Ca(OH)2 + 2AsH3 (3-7)由于发生上述副反应，故在粗乙炔气冲含有PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3等杂质。影响乙炔发生的因素主要有：电石的纯度、粒度，电石在发生器内的停留时间以及反应的温度等。电石纯度越高，水解速度越快，单位发气量越大，反之则慢。电石水解反应是液固相反应，电石粒度越小，则与水接触表面积越大，反应速度越快。但粒度也不宜过小，否则水解速度过快，使反应热不能及时移走，发生局部过热而引起分解爆炸危险。粒度过大，则电石反应慢，在排渣时容易带走未水解的电石，造成电石耗量上升。电石在发生器内的停留时间主要是由发生器的结构决定的，对一定粒度的电石必须保证其完全水解的停留时间，并能很好地更新电石表面，使电石表面的Ca(OH)2及时移走，以便电石于水有良好的接触。不同粒度的电石在不同温度下水解速度的区别是较大的。随着温度的升高，水解速度加快，小粒度电石更为显著。同时，随着反应温度的上升，乙炔在电石渣中溶解度下降，显著的降低电石消耗。因此，适当提高反应温度是比较有利的。3.2.2.2乙炔气的压缩水环压缩机又叫水环泵，泵的外壳为圆形中有偏心安装的转子，转子上有叶板，泵内以水充满到一定高度，当转子旋转是形成水环，由于具有偏心距，此水封将叶板封着，而使叶板间形成许多小室。在旋转的前半周，这些小室增大，由于通过进口处将气体吸入，在旋转的后半周，小室的体积缩小，于是将气体压缩，迫使气体从压出口排出，往返连续运行，即乙炔连续压送的过程。3.2.2.3乙炔清净乙炔清净主要是除去乙炔中对后面工序正常生产有害的杂质气体，即PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3、水、二氧化碳。采用次氯酸钠的净化原理也就是采用强氧化剂次氯酸钠把还原性化合物PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3等氧化成相应的酸，然后用碱液中和酸并除去二氧化碳，最后用低温水洗除去碱沫和乙炔中的水分。3.2.3 工艺流程叙述本设计采用的是湿法乙炔生产工艺，工艺流程简图见图3-1。图3-1湿法乙炔生产工艺流程简图将破碎成一定粒度的电石投入到装有水的发生器内，电石进入后发生水解反应。发生器底部的电石渣，定期经排渣口排至渣浆池。反应产生的乙炔气导出后，进入冷却塔与生产上水进行逆流接触，冷却塔设有喷淋装置。使乙炔冷却至40，然后从冷却塔顶部导出，通过管路大部分直接去乙炔水环压缩机进行压缩，然后进入乙炔清净装置；少部分进入乙炔气柜。当发生器供气不足时，气柜的气体起补充作用；当发生器供气过量时，气柜起贮存作用。进入清净塔的粗乙炔气体含有PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3、水、二氧化碳等杂质。通过向清净塔内投加强氧化剂次氯酸钠可把还原性化合物PH3、H2S、NH3、SiH4、AsH3等氧化成相应的酸，然后进入中和塔用碱液中和酸并除去二氧化碳，中和塔出来的乙炔气进冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。3.2.4 主要工艺技术指标本设计中的主要工艺技术指标见下表3-2。表3-2 生产工艺技术指标序号项目名称单位工艺指标备注1贮斗冲N2时间min23冲N2压力kPa5.326.652发生器排渣时不低于75温度7585压力kPa48液位液面计1/33/43正水封液位mm6507504安全水封液位mm12005逆水封液位mm6507006冷却塔塔乙炔出口温度45塔乙炔出口温度40冷却塔液位液面计1/22/3不能超过乙炔入口7乙炔气柜升降范围m3150300乙炔温度40乙炔压力kPa488乙炔压缩机封液温度815封液循环量m3/h1.21.8乙炔入口压力kPa48与发生系统平衡乙炔出口压力kPa4080勿负压乙炔出口温度409清净塔新NaClO补加量根据循环液中的Cl及PH值而定NaClO循环液有效氯含量g/ l0.350.05酸碱度PH36塔釜液位液面计1/2温度4010NaClO配制槽有效氯含量g/ L11.3酸碱度PH78液位m3152011氯气缓冲槽压力kPa6010012稀碱槽浓度%1513中和塔碱液浓度g/L5010Na2CO3含量%10%此两项有一项不合格要洗塔有效氯含量%0.2液位液面计2/3不能超过乙炔入口14冷却器冷却水进口温度冷却水出口温度519出口乙炔温度201）原料的加入在电石分厂破碎成5080mm粒度的原料电石，装在吊斗内，称重后用电石运输小车从导轨运至本工序。将电石吊斗推到提升口，由电动葫芦吊斗到乙炔发生器上部的电石加料斗上。然后进入用氮气置换合格后的第一贮斗内，并继续通入氮气，将随电石带入的空气置换掉，再进入用氮气置换合格后的第二贮斗。在仓壁振动器和电磁振动给料机的协助下，均匀的把电石加入发生器中。2）发生发生器内盛有四分之三体积的水，电石进入后发生水解反应。水是用来自废水高位槽的废水，并补充适当的生产上水，并不断加入室温水和不断由溢流管排出带有石灰乳的水溶液，带出大部分反应热，以保持生产的正常进行和发生器温度控制在805。发生器的液位是靠溢流来保证的。发生器内设有四层搅拌耙齿。使电石与水的接触面不断更新，充分进行反应。产生的粗乙炔气从发生器的上部导出，经正水封至冷却塔。当发生器的操作压力超过工艺要求时，乙炔经安全水封自动放空。当压力低于操作压力时，乙炔由气柜经逆水封补充到发生器内，维持平衡。发生器底部的电石渣，定期经排渣口排至渣浆池。再经渣浆泵排至排渣场。3）冷却与调节乙炔气自正水封导出后，进入冷却塔与生产上水进行逆流接触，冷却塔设有喷淋装置。使乙炔冷却至40，然后从冷却塔之顶部导出，通过管路大部分直接去乙炔水环压缩机进行压缩然后进入乙炔清净装置。少部分进入乙炔气柜。当发生器供气不足时，气柜的气体起补充作用，当发生器供气过量时，气柜起贮存作用。4）次氯酸钠的配制贮罐场来的45%浓碱进入浓碱槽，靠位差自流进稀碱槽，与水配成15%的稀碱液。通过碱泵打到稀碱高位槽后，经流量计自流到次氯酸钠配制槽顶部文丘里混合器之进口。氯气从氯气钢瓶出来，经氯气缓冲罐，经流量计进入文丘里混合器氯气进口。水自外管经流量计进入文丘里水进口，三者在文丘里混合器中，进行化学反应得到次氯酸钠溶液，贮入次氯酸钠配制槽中供清净塔使用。在配制槽溶液出口处，设取样点，随时分析次氯酸钠的组成，调节碱液、氯气、水的进料比，保证次氯酸钠的工艺控制指标。5）清净从冷却塔和气柜导出的粗乙炔，经水环式压缩机加压到0.050.1MPa左右后，进入第一第二清净塔，次氯酸钠溶液由泵打到第二清净塔顶部，从塔底流出再由泵打至第一清净塔顶。该塔为分段填料塔，填料采用拉西瓷环。气液两相在拉西瓷环上充分接触进行氧化反应，除去PH3 、H2S 、SiH4 、AsH3等有害杂质。次氯酸钠溶液大部分循环使用，从次氯酸钠贮槽内不断补充新鲜溶液至循环液中，从塔的溢流管不断排出一部分废液至废液池以保证循环液中有效氯的浓度和PH值在规定范围内。废水池之废液经废水泵打至废水高位槽供发生使用。水环压缩机附设有气液分离器、冷却水泵和循环水冷却器。以满足压缩机的封液及温度要求，保证压缩效率。封液使用软水补充。6）碱洗和干燥从清净塔导出的乙炔气中含有微量的硫酸、磷酸、及二氧化碳等酸性物质需碱洗除去。清净后的乙炔进入中和塔的下部，来自稀碱槽的15%的氢氧化钠水溶液经碱泵从塔的中部加入，通过逆流接触，除去乙炔中残有的酸性物质。中和塔出来的乙炔气进冷凝器除去大量水分后，送氯乙烯工序。3.3 主要公式、物性数据来源及计算公式本设计主要为PVC乙炔工段的物料衡算以及主要设备（中和塔）的设计，设计中主要公式有埃克通用关联图的横、纵坐标、塔径、填料层高度、填料层的压强降等；主要涉及的物性数据有水的饱和蒸汽压等。具体计算公式及物性数据见表3-3、表3-4、表3-5以及图3-2。表3-3 水的饱和蒸汽压 2序号温度（）蒸汽压（kPa）1202.33462407.3763459.58448047.345表3-4 其他物性数据 2序号物性数据符号数值单位1碱液的密度2液相校正系数1.0043碱的黏度L0.8mPas4总传质系数KGa0.040kmol/(m3s) 表3-5 主要计算公式 1序号物理量公式1埃克通用关联图横坐标2埃克通用关联图纵坐标3平均推动力4气相总传质单元数5气相总传质单元高度6填料层高度ZZ=HOGNOG图3-2 埃克通用关联图 13.4 环保及安全要求对于PVC的生产过程中产生的主要废渣来源于电石渣。一般湿式发生器排出的电石渣浆含量在515%。对于电石渣浆的处理，除将电石渣浆增稠到4050%的糊状物用于建筑行业外，电石污水送到污水处理站，经清污分流后，与其它分厂的酸性水进行中和处理后排出。 乙炔工段主要的废水来源是经清净后的NaClO废液，其主要成分是水，由于含有SO42-、PO33-等阴离子而呈酸性（PH=34），并含有少量氯离子。由于溶解有大量的乙炔气，直接排入下水道，既污染了环境，又增加了电石消耗。本设计将废NaClO引入废水回收槽，再用泵输送到发生器，作为发生器的补充水而代替了补充的大部分工业水。这样既减少了新鲜工业水的用量，同时又减少了乙炔的损失。从生产的角度看，工业安全有两个侧面。一个是以防火、防爆为主要的安全措施；另一个侧面是防止污染扩散形成的暴露源对人身造成的健康危害。火灾和爆炸是化工行业最大的威胁，但是由于化工行业人员吸取过去的经验教训和在安全方面所做的不懈努力，生产中的不安全因素正在逐渐被克服。有害和有毒物质对于人身健康的危害有时虽然是急性的，但大多数是属于慢性的。急性健康危害容易引起人们的重视，慢性健康危害却常常被人们忽视。第四章 设计计算书4.1 物料衡算4.1.1 物料守衡聚氯乙烯（PVC）生产乙炔工段中，从原料的进入到产品乙炔进入下一个工段前系统始终遵守物料守衡原理。乙炔工段中各反应器的具体物料守衡情况见图4-1。图4-1 物料守衡示意图M1M10M12M9M13M15M16M5M14M11M8M7M6M4M3M2R1T1V1T2T3E1M1：电石量；M2：发生器加水量；M3：电石渣浆量；M4：发生器出口粗乙炔量；M5：水；M6：经冷却的乙炔量；M7：水；M8：经压缩的粗乙炔量；M9：新鲜NaClO的量；M10：废NaClO的量；M11：清净后的乙炔量；M12：NaOH加入量；M13：废NaOH量；M14：中和后的乙炔量；M15：水；M16：精乙炔气体；R1：发生器；T1：混合式冷却塔；V1：气液分离器；T2：清净塔；T3：中和塔；E1：冷凝器4.1.2 电石加料量年产7000吨PVC，以300个工作日计算，每天生产两批，产物后处理部分损失2%，产品纯度99.5%，则每批生产的吨 。VCM转化率为85%，收率为96%，纯度为99.95%，则每批需VCM的量： 一天以24小时计，则每小时需VCM的量：产物气冷凝，精馏等收率为96.5%，则进入精馏系统的VCM的量：转化器中乙炔的转化率为98%，氯乙烯的选择率为99.5%，则进入转化器中的乙炔量：故进料气中纯乙炔的量为535.054kg/h，则纯度99%的乙炔量为：乙炔气冷却、清净等的收率为95%,20电石发气量为250kg/L，不计回收乙炔。则电石加料量本设计本工序设计为每斗500kg , 即 0.5t。则加料间隔时间，即每13.3min加一次料。4.1.3 NaClO的消耗量粗乙炔标准体积（20）2.253250=563.25 m/h粗乙炔气中PH3含量为0.08%，H2S含量为0.10%，精乙炔PH3含量为0.0037%，H2S含量为0.0039%，配制的NaClO溶液的浓度为1.2 g/L，总乙炔的流量为563.25m/h。要除掉的PH3实际量0.08%-0.0037%=0.0763%要除掉的H2S实际量0.10%-0.0039%=0.0961%每小时要从原料乙炔中除去的PH3体积为:563.250.0763%=0.430 m=430 L根据反应式计算NaClO(100%)的消耗量 4NaClO + PH3 H3PO4 + 4NaCl 22.4x 430同理，每小时要从原料乙炔中除去的H2S体积为:563.250.0961%=0.541 m=541 L根据反应式计算NaClO(100%)的消耗量 4NaClO + H2S H3PO4 + 4NaCl 22.4y 541NaClO的分子量为 74.5 ，X 换算到每小时补加溶液量：因为在生产中不只有PH3 、H2S ,所以实际消耗要比理论量要大,取损耗系数为1.3,则实际消耗NaClO量=10.7651.3 = 13.995 m3/h氯气的消耗量 2NaOH + Cl2 NaClO+NaCl+H2O74.5x 13.995 日耗Cl2 ：2413.428=322.272 kg/d若使用Cl2为 800 kg/瓶，则有一瓶氯气所使用的天数 ：4.1.4碱消耗量的计算假设清净后产生的硫酸和磷酸都进入中和塔中和，则中和硫酸和磷酸的需碱量为：粗乙炔气中含CO2为0.09%，其他酸性气体不考虑。CO2总量为：563.250.09%=0.507 m3/hCO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O22.4 80需碱量为 ：换算为6%的比重为1.045的碱液时: 取碱的损耗系数为1.5，则实际消耗碱量为：130.951.5=196.425kg/h 即碱洗塔一天的浓碱消耗为196.425kg/h。4.1.5顺流程逐个设备展开计算4.1.5.1发生器加水量（包括所用废水）在5.53吨水/吨电石左右，所以M2=5.53M1=5.532.253=12.45909T/h粗乙炔气中：CO2=563.250.09%=0.507 m/h=0.023 kmol/h=1.012 kg/hH2S=563.250.10%=0.563 m/h=0.025 kmol/h=0.850 kg/hPH3=563.250.08%=0.451 m/h=0.020 kmol/h=0.680 kg/hC2H2=563.25（1-0.09%-0.10%-0.08%）=561.729 m/h=25.077 kmol/h =652.002kg/h反应消耗的水：发生器出口温度80，压力为700mm水柱，即6.865 kPa，该温度下水的饱和蒸汽压为47.345kPa，则水蒸气的量： 电石渣浆：剩余水电石渣（差量法） M3=11196.24+2663.507=13859.747 kg/hM4+M3-M1=852.742+13859.747-2253=12459.489kg/h与M2相差0.399 kg/h，数值差距是由于尾数保留差异所致，可认为两者相等。说明物料衡算是正确的。4.1.5.2冷却器塔I出口温度45，该温度下水的饱和蒸汽压9.584 kPa，则剩余水蒸气的量： 被冷凝的水蒸气的量塔II出口温度40，水的饱和蒸汽压7.376 kPa，则出口乙炔气中水蒸气的量：被冷凝的水蒸汽的量=57.654-34.794=22.86kg/hM5=140.544+22.86=163.404kg/hM6=652.002+1.012+0.850+0.680+34.794=689.338kg/hM5+M6=163.404+689.338=852.742=M4说明物料衡算是正确的。4.1.5.3气液分离器粗乙炔量为：25.077+0.023+0.025+0.020=25.145水压机的出口压力60kPa，温度40，根据饱和蒸汽压求得出口乙炔气中含水蒸气的量：M7=34.794-22.824=12.51kg/hM8=652.002+1.012+0.850+0.680+22.824=676.828kg/hM7+M8=12.51+676.828=689.338kg/h=M6说明物料衡算是正确的。4.1.5.4清净塔假定清净后生成的H2SO4和H3PO4极少量到中和塔进行中和，质量衡算不予考虑，则 （1）（2）由式（1），（2）得M9=15392.803kg/h；M10=15934.551kg/h清净后H2S、H3P的含量：M11+M10-M9=675.363+15934.551-15392.803=677.111kg/h与M8相差0.283 kg/h，数值差距是由于尾数保留差异所致，可认为两者相等。说明物料衡算是正确的。4.1.5.5中和塔M12=196.425kg/hM14+M13-M12=674.351+197.421-196.425=675.347kg/h与M11相差0.016 kg/h，数值差距是由于尾数保留差异所致，可认为两者相等。说明物料衡算是正确的。4.1.5.6冷却塔乙炔气进口温度40，出口温度20，设计压力0.06MPa，20水的饱和蒸汽压为2.3346 kPa，则精乙炔气中含水量：M15=22.284-6.858=15.426kg/hM16=0.065+6.858+652.002=658.925kg/hM15+M16=15.426+658.925=674.351=M14说明物料衡算是正确的。4.1.5.7全物料衡算对整个乙炔工序做全物料衡算，进行校核。由物料守衡定律应有，M1+M2+M9+M12=2253+12459.09+15932.803+196.425=30841.318kg/hM3+M5+M7+M10+M13+M15+M16=13859.747+163.404+12.51+15934.551+197.421+15.426+658.925=30841.984kg/h进出物料相差0.666 kg/h，数值差距是由于尾数保留差异所致，可认为两者相等。说明物料衡算是正确的。4.2 主要设备中和塔计算4.2.1中和塔塔径计算清净后的乙炔气体气体的质量流量 进塔气体的密度碱液的密度 碱液的质量流量则，根据图3-2埃克通用关联图中乱堆填料泛点线可查出，横标为0.01时的纵标数值为0.25，即50mm50mm5mm陶瓷拉西环（乱堆）的填料因子=177m-1见表4-1。表4-1 陶瓷拉西环的性能参数公称直径外径高厚比表面积空隙率个数堆积密度干填料因子505050593816400465177液相校正系数=1 000/996=1.004碱的黏度L=0.8 mPas,所以取空塔气速为泛点气速的70%，即，则圆整塔径取D=0.3m再计算空塔气速安全系数核对操作条件下的喷淋密度是否大于最小喷淋密度因填料为50mm50mm5mm，填料尺寸小于75mm，故取（Lw）min=0.08m3m-1h-1操作条件下的喷淋密度4.2.2填料层的压降计算纵坐标横坐标根据横、纵坐标的数值在图埃克特通用关联图中确定塔的操作点,该点位于p/Z=500 (Pa/m)到p/Z=1000 (Pa/m)两条等压线之间，用内差法估值可求得每米填料层的压降约为850Pa。4.2.3气相传质单元数计算进塔空气的摩尔流量设气体的吸收率为95%,则:X2=0.00001在填料塔的吸收过程吸收掉的CO2气量:V( Y1-Y2)=26.317（0.00087-0.000044）=0.022 kmol/h由化学平衡式知,1kmol CO2与2 kmolNaOH反应,所以理论消耗的NaOH的量则用6%的NaOH： 6%碱的平均分子质量为所以, 取碱的用量为理论计算用量的1.8倍,则:L=1.5771.8=2.839kmol/h已知V( Y1-Y2)=L(X1-X2),则X1-X2=0.022/2.839=0.00775所以通过物料衡算得出进出塔的液、气组成为:X1=0.00776；X2=0.00001；Y1=0.00087；Y2=0.000044；V=22.554 kmol/h；L=2.839kmol/s。查得X-Y平衡关系式：Y*=0.036X-0.00000035气相总传质单元数4.2.4 气相总传质单元高度计算气相总传质单元高度4.2.5 填料层高度计算Z=HOGNOG=0.653.059=1.988mZ实际=1.4Z=1.41.988=2.783m4.2.6 持液量计算Leva关联式：Ht：总持液量，m3液体/m3填料L：液相流率，m3h-1de：填料当量直径，m4.2.7 支承板选择填料支承板应满足3个基本条件：使持液能顺利通过.设计时应取尽可能大的自由截面。要有足够的强度承受填料的重量，并考虑填料孔隙中的持液重量。要有一定的耐腐蚀性能。填料支承板的作用是支承塔内的填料，支承板的种类很多，常用的有升气管型。升气管型可以是圆筒形、圆锥形或将板冲制成瓦楞形。